[发明专利]基于功率开关器件故障的容错控制模型、方法及装置

说明书

本发明提供了一种基于功率开关器件故障的容错控制模型、方法及装置，包括步骤：1、当功率开关管及其反并联二极管同时出现故障时：对于故障管所在桥臂，其输出电压唯一且无法进行调节，此时该相输出电压范围受限，通过同步调节电机各相参考电压，使得故障相参考电压适应其输出特征。2、当功率开关管出现故障但其反并联二极管正常时：对于故障管所在桥臂，其输出电压同时受到相电流极性与桥臂开关状态影响，故结合参考电压极性与相电流极性调节电机各相参考电压并对故障桥臂两侧开关管进行容错控制。本方法不仅降低了容错技术的工程化实现难度，还将适用范围由共母线系统扩展为同时还适用于共母线系统和隔离母线系统。

技术领域

本申请涉及电压调制技术领域，具体公开了一种基于功率开关器件故障的容错控制模型、方法及装置。

背景技术

以三相电机为例，图1-3给出了开绕组永磁电机驱动系统结构。可以看到，系统中共有12个功率开关器件。与传统结构相比，使用的开关器件数量翻倍，增大了开关器件故障的几率。因而，研究针对开关器件故障的容错控制技术，对于提升开绕组电机系统的可靠性至关重要。

定义各相绕组电流正方向如图1-3中所示。以与a相绕组连接的变流器1侧桥臂上管故障为例进行分析，可知当a相电流小于零且S'_a1处于关断状态时，无法构成电流通路；针对该问题，现有的技术通过对各相电流同步注入共模分量，使得故障对应相的相电流极性始终处于非负状态，从而避免了上述无法构成电流通路的情况，实现了容错下的控制。

目前针对开关器件故障的容错方案，最大的问题在于仅能使用在如图1所示的共直流母线结构的开绕组电机系统中，而无法应用在结构更加灵活且无零序环流问题的隔离母线结构开绕组电机系统中。此外，现有技术方案由于需要对各相电流同步进行注入，一旦注入的共模电流分量不足致使故障对应相的电流极性为负，会出现电流突变，对系统的控制造成极大影响。

除此之外，在真实应用中，还经常存在着功率开关管及其反并联二极管同时被损坏的情况，此时现有的方案无法实现系统容错控制。

针对该问题，本发明拟提出一种新的改进容错控制方法。

发明内容

为解决上述现有技术的缺点，本发明提出一种基于功率开关器件故障的容错控制模型、方法及装置。

本发明提出的技术方案是：

一种基于功率开关器件故障的容错控制模型，模型基于容错结构开绕组电机驱动系统，无故障相的相电压模型如下：

其中u_x、u_x1、u_x2分别为x相、与x相绕组连接的变流器1桥臂及变流器2桥臂输出电压，u_o1o2为两侧变流器参考电位差，S_x1和S_x2分别为与x相绕组连接的变流器1桥臂及变流器2桥臂开关状态，其定义为：当上管导通、下管关断时为1，当上管关断、下管导通时为0。

本发明提出一种基于功率开关器件故障的容错控制方法，构建前述基于功率开关器件故障的容错控制模型，并包括以下步骤：

对于功率开关管及其反并联二极管同时出现故障的系统，其故障侧桥臂的输出电压范围唯一且无法调节；当S_a1故障时，该桥臂被限制为0，因此a相的输出电压被约束为[-U_dc2,0]，此时无法输出正的电压。因此当a相参考电压极性为正时，需要对各相参考电压进行同步调节，调节量△u为从而调节后的故障a相参考电压为零，处在有效调制范围内；当a相参考电压极性为负时，有如下平衡约束方程

T_s为控制周期，由此可得到S_a2桥臂上管导通占空比d_a2。